DE2214790C3 - Schaltungsanordnung für die Vorschubregelung bei Funkenerosionsmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordung tür die Vorschubregelung bei Furikericrosior.srr.achinen mit einer Schaltung zur Erzeugung von von der ^runkenspannung abgeleiteten Impulsen, mit einem Generator für SoHwerlimpulse konstanter Amplitude ind mit Vergleichern für die Sollwert- und die abgeleiteten Impulse, wobei der über mehrere Impulse eSte Mittelwert des Vergle.chersignals dem Stellelied der Vorschubregelung zugeführt wird. Bei Funkenerosionsmaschinen wird im allgemeinen • »_m impulsgenerator über einen Vorwiderstand ^ÄÄKne impu.sförmige Spannung in Sr Höhe zugeführt, die ausre.cht um im Bearbei-Sngsspalt eine Funkenentladung zu erzeugen, die dann Γη Materialabtrag an dem zu bearbeitenden Werk-„ stück bewirkt. Die Funkenentladung setzt nach Beginn de" Bearbeitungsimpulses erst mit einer gewissen Verzögerung ein. Die Verzögerungszeit die man mit Zündverzögerung bezeichnet, hängt von dem Zustand fm BearbeiTungsspalt ab und zwar steigt bzw sinkt s.e, ,c olange kein Kurzschluß vorliegt, mit der Breite des Bearbeitungsspaltes. Ist nun die Breite des Bearbeitungsspaltei zu klein, so ist die Anzahl der Bearbe.tungsmpulse, die Kurzschlüsse hervorrufen relativ hoch, was »einer erhöhten Abnutzung der Werkzeugelektrode führt Ist sie dagegen zu groß, so ist die Abtragsleistung relativ klein und die Bearbeitungszeit entsprechend ang. Daraus ergibt sich, daß - abhängig von den Bedingungen im Bearbeitungsspalt - fur jeden Bearbeitungsfall eine optimale Breite des Bearbei ungs-₂<spaltes besieht, dem in etwa eine zugehörige optimale Zündverzögerung entspricht. Diese E.genschaft w.rd dazu benum um^gden Vorschub der Werkzeugelektrode so zu regeln, daß die Zündverzögerung auf einem vorgegebenen Sollwert gehalten wird, ,ο Zur Ausführung einer solchen Regelung wird bei einer bekannten Anordnung als Merkmal fur den Zustand im Bearbeitungsspalt die Funkenspannung abeeeriffen Die Funkenspannungsimpulse U_sp, deren Verlauf im Diagramm nach F i g. 1 a gezeigt ist, haben zu « Beginn eine Höhe, die der Leerlaufspannung U₁ entspricht Nach einer bestimmten Zündverzögerung t_z zündet die Funkenentladung und die Funkenspannung sinkt auf einen geringeren Betrag, der sogenannten Brennspannung t/_ßab. Diese Funkenspannungsimpulse werden nun mit Sollwertimpulsen t/_s gleicher Dauer verglichen, deren konstante Höhe zwischen den Werten Ul und Ub liegt und so gewählt ist, daß bei optimaler Zündverzögerung der arithmetische Mittelwert des Vergleichssignals U_R (F i g. Ib) gle.ch Null .st. W.rd nun λ- bei gleichbleibender Leerlauf- und Brennspannung die Zündverzögerung größer, so sinkt wie man leicht einsieht, der Mittelwert des Vergle.chssignals Ur ab; er wird also negativ. Analog dazu steigt dieser Mittelwert über Null an, wenn die Zündverzögerung unter ihren Optimalwert absinkt. Der über mehrere Bearbeitungsimpulse erstellte Mittelwert des Vergle.chssignals (7, wird nach entsprechender Verstärkung dem Stellghec der Vorschubregelung zugeführt, welche die Werkzeug· elektrode in dem Sinne bewegt, daß die optimale Zündverzögerung und damit die optimale Bre.te de: Bearbeitungsspaltes wiederhergestellt werden.

Diese Regelungsart hat sich im allgemeinen gu bewährt· für die Praxis ergeben sich aber auch einig. Nachteile- Bekanntlich stellen sich bei unterschiedliche to Werkstoff-Paarungen von Elektrode und Werkstucl verschieden hohe Brennspannungen ein, die in etwa voi 15-35 V variieren können. Daraus ergibt sich oft du Notwendigkeit, bei einem Wechsel der Werkstoffpaa ..,η» rW zu finer Änderung der Brennspannung fuhr die "Höhe "der Sollwertspannung U₅ jeweils dem neue Wert der Brennspannung anzupassen. Aber auch di entsprechend dem gegebenen Bearbeitungsfall star unterschiedlichen Bearbeitungsströme beeinilussen di

Brennspannungshöhe und erfordern oft eine Nachregelung der Sollwertspannung.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der genannten Art für die Vorschubregelung an Funkenerosiorsmaschinen anzugeben, bei der Änderungen in d-.\ tatsächlichen Höhe der Brennspannung keine Nachregelung des Sollwertes erfordern.

Diese Aufgabe wird der vorliegenden Erfindung entsprechend dadurch gelöst, daß eine an sich bekannte Detektorschaltung zur Unterscheidung von Kurzschluß, Leerlauf und Erosionszustand mit einer aus drei steuerbaren Schaltern für unterschiedliche Ausgangspotentiale bestehenden Schalteinrichtung derart verbunden ist, daß Nullpotential bei Vorliegen eines Kurz-Schlusses, eine erste Konstantspannung UC bei Vorliegen eines Leerlaufs und eine zweite kleinere Konstantspannung Ub kleiner als Ul bei Vorliegen eines Erosionsfalles am Ausgang der Schal; einrichtung liegt.

Mit dieser Ausbildung sind die eingangs genannten Schwierigkeiten behebbar, in dem die Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung lediglich durch die Kriterien Leerlauf, Kurzschluß und Erosionsfal) bestimmt und damit unabhängig von den individuellen Eigenschaften jeder Werkstoffpaarung wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung derart getroffen, daß die Detektorschaltung in an sich bekannter Weise zwei Komperatorschaltungen umfaßt zur Abgabe eines ersten, einen Kurzschluß kennzeichnenden Steuersignals wenn die Funkenspannung kleiner ist als eine Spannung, die kleiner ist als die kleinste auftretende Funkenspannung, und zur Abgabe eines zweiten einen Leerlauf kennzeichnenden Steuersignals, wenn die Funkenspannung höher ist als eine Spannung, die höher ist als die höchste auftretende Funkenspannung, aber kleiner als die Leerlaufspannung, und daß das Kurzschlußsignal den Schalter für Nullpotential, das Leerlaufsignal den Schalter für die erste Konstantspannung und das Fehlen beider Signale den Schalter für die zweite Konstantspannungbetätigt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß der Ausgang der Schalteinrichtung über den ersten und zweiten Schalter mit Nullpotentia! bzw. mit der Konstantspannung verbunden ist sowie unmittelbar mit dem Abgriff eines Spannungsteilers, der über den dritten Schalter an der Konstantspannung

liegt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Schalteinrichtung zur Bildung eines zur Steuerung der dritten Schaltstrecke bestimmten dritten Steuersignals u₃ eine Logikschaltung zum Verknüpfen der Steuersignale u, und U₂ auf.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren eingehend erläutert.

Fig. 2 zeigt das Prinzipschaltbild einer Funkenerosions-Maschine. Von einem Impulsgenerator 1 werden üblich dem Bearbeitungsspalt 2 zwischen

wie u~..~..

Werkzeugeiektrode 3 und Werkstück 4 Bearbeitungsimpulse zugeführt. Die sich dabei am Bearbeitungsspal: 2 einstellende impulsförmige Funkenspannung U_s,» deren Verlauf in F i g. 3a nochmals dargestellt ist, wird abgegriffen und einer Detektorschaltung 5 zugeführt, die feststellt, ob ein Kurzschluß, Leerlauf oder ein Erosionsfall vorliegt und die dementsprechend über Leitungen 6—8 an eine Schalteinrichtung 9 Signale abgibt. Der Ausgang 10 dieser Schalteinrichtung 9 wird nun durch eine Schaltstrecke 11 kurzgeschlossen, wenn die Detektorschaltung 5 einen Kurzschluß festgestellt hat, während dieser Ausgang 10 mittels der Schaltstrekken 12 und 13 mit einer ersten Konstantspannung Ul verbunden wird, wenn Leerlauf, bzw. mit einer zweiten Konstantspannung U_B' < Ul, wenn der Erosionsfall vorliegt. Am Ausgang 10 der Schalteinrichtung treten also, wie in Fig. 3b dargestellt, Spannungsinipulse U_sp auf, die einen ähnlichen Verlauf haben wie die Funkenspannungsimpulse U_ip, (Fig. 3a) deren Höhe aber während der Zündverzögerung t_z und während der Erosionszeit r_t._ruJ jeweils konstante Werte Ui.' und Ug annimmt, die unabhängig sind von dem Zustand im Bearbeitungsspalt bzw. von den Bedingungen des besonderen Bearbeitungsfalles.

Diese Impulse U_sp' werden nun als Istwertsignale dem Regelverstärker 14 zugeführt, der vom Impulsgenerator 1 Sollwertsignale (Λ erhält, die eine konstante Höhe und die gleiche Dauer wie die Bearbeitungsimpulse haben.

Bei Ansteigen bzw. Absinken der Breite des ßearbeitungsspaites erhöht bzw. verringert sich die Zündverzögerung t_z und damit der Mittelwert der als Istwert dienenden Impulse U_sp'. Die daraus resultierenden Regelabweichungen Ur werden dem Stellglied 15 der Vorschubregelung der Werkzeugelektrode 3 in dem Sinr.e zugeführt, daß diese eine Verringerung bzw. eine Vergrößerung der Breite des Bearbeitungsspaltes bewirken, bis die optimale Spaltbreite wiederhergestellt ist.

Fig. 4 zeigt nun ein bevorzugtes, konkretes Schaluingsbeispiel für die Detektorschaltung 5 und die Schaheinrichtung 9.

Die Detektorschaltung wird im wesentlichen durch zwei Komparatorschaltungen 16 und 17 gebildet, in denen die bei 18 zugeführte Funkenspannung U_sp mit zwei konstanten, einstellbaren Spannungen verglichen wird, die von einer Systemspannung von der Größe UC abgeleitet werden. Dabei führt der Ausgang 19 der ersten Komparatorschaltung 16 ein Signa! Oi, wenn die Funkenspannung größer ist als eine vorgegebene Spannung Ui(siehe F i g. 3a), welche ihrerseits kleiner ist als die kleinste auftretende Brennspannung, d. h. also wenn kein Kurzschluß besteht. Dagegen führt der Ausgang 20 der zweiten Komparatorschaltung 17 dann ein Signal 'Qi, wenn die Funkenspannung U_sp kleiner ist als eine vorgegebene Spannung Un (F i g. 3a), die ihrerseits größer ist als die größte auftretende Brennspannung, jedoch kleiner als die Leerlaufspannung, d, h. also dann wenn ein Leerlauf nicht besteht. Den beiden Komparatoren sind NAND-Gatter 2i und 22 nachgeschaltet, welche die Signale ü\ und ΰι in normierte invertierte Signale u\ bzw. ui umwandeln und deren Bestehen das Vorhandensein eines Kurzschlusses bzw. eines Leerlaufes kennzeichnen.

Die Ausgänge 19 und 20 der Komparatorschaltungen 16 und 17 sind verbunden mit den Eingängen eines dritten NAND-Gatters 23. dessen Ausgang 24 dann und nur dann ein Signal u.> führt, wenn weder ein Kurzschluß noch ein Leerlauf besteht, d. h. also wenn die Funkenspannung zwischen den beiden Spannungswerten Ui und Uu'\m Brennspannungsbereich liegt, der den Erosionszustand kennzeichnet.

Die Schalteinrichtung weist einen durch die beiden Widerstände 25 und 26 gebildeten Spannungsteiler auf, der mit Hilfe des Schalttransistors 27 an die bei zugeführte Systemspannung vom Betrage UC anschaltbar ist und dessen Teiierabgriff den Ausgang 2S der Gesamtschaltung bildet. Dieser Ausgang 29 kann ferner einerseits mittels des Schalttransistors 30 kurzgeschlos-

sen bzw. mit Hilfe des Schalttransistors 31 mit der Spannung Ul verbunden werden. Dabei wird der Schalttransistor 30 vom Ausgang des ersten NAND-Gatters 21 angesteuert und der Schalttransistor 31 über die Verstärkerstufe 32 vom Ausgang des zweiten NAND-Gatters 22, während der Schalttransistor 27 über die Verstärkerstufe 33 vom Ausgang 24 des dritten NAND-Gatters 23 her gesteuert wird.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Schalteinrichtung ist leicht zu erkennen:

Bei Vorliegen eines Kurzschlusses bzw. während der Impulspausen steht am Ausgang des ersten NAND-Gatters 21 das Signal u\ an, welches den Schalttransistor 30 ansteuert um den Ausgang 29 der Gesamtschaltung kurzschließt. Besteht Leerlauf, so tritt am Ausgang des zweiten NAND-Gatters 22 das Signal U₂ auf, welches über die Verstärkerstufe 32 und mit Hilfe des Schalttransistors 31 bewirkt, daß der Ausgang 29 dei Gesamtschaltung an die Spannung Ui! gelegt wird Liegt schließlich der Erosionsfall vor, dann steht am Ausgang 24 des dritten NAND-Gatters das Signal U₃ an welches über die Verstärkerstufe 33 die Ansteuerung des Schalttransistors 27 bewirkt, der den Spannungstei

ίο ler 25, 26 an die Spannung Ul legt, wodurch an Gesamtschaltungs-Ausgang 29 — entsprechend dei gewählten Spannungsteilung — eine Spannung Ub' < Ul' auftritt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für die Vorschubregelung bei Funkenerosionsmaschinen mit einer Schaltung zur Erzeugung von von der Funkenspannung abgeleiteten Impulsen, mit einem Generator für Sollwertimpulse konstanter Amplitude und mit Vergleichern für die Sollwert- und die abgeleiteten Impulse, wobei der über mehrere Impulse erstellte Mittelwert des Vergleichersignals dem Stellglied der Vorschubregelung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine an such bekannte Detektorschaltung zur Unterscheidung von Kurzschluß, Leerlauf und Erosionszustand mit e^;ner aus drei steuerbaren Schaltern für unterschiedliche Ausgangspotentiale bestehenden Schalteinrichtung derart verbunden ist, daß Nullpotential bei Vorliegen eines Kurzschlusses, eine erste Konstantspannung Ul bei Vorliegen eines Leerlaufes und eine zweite kleinere Konstantspannung Ub < Ul bei Vorliegen eines Erosionsfalles am Ausgang der Schalteinrichtung liegt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung in an sich bekannter Weise zwei Komparatorschaltungen umfaßt zur Abgabe eines ersten, einen Kurzschluß kennzeichnenden Steuersignals u\, wenn die Funkenspannung kleiner ist als eine Spannung U\, die kleiner ist als die kleinste auftretende Funkenspannung, und zur Abgabe eines zweiten einen Leerlauf kennzeichnenden Steuersignals 1/2, wenn die Funkenspannung höher ist als eine Spannung U2 die höher ist als die höchste auftretende Funkenspannung, aber kleiner als die Leerlaufspannung, und daß das Kurzschlußsignal u\ den Schalter für Nullpotential, das Leerlaufsignal n₂ den Schalter für die erste Konstantspannung Ul und das Fehlen beider Signale den Schalter für die zweite Konstantspannung Ub' betätigt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Schalteinrichtung über den ersten (30) und den zweiten (31) Schalter mit Nullpotential bzw. mit der Konstantspannung Ul sowie unmittelbar mit dem Abgriff eines Spannungsteilers, der über den dritten Schalter (27) an der Konstantspannung Ul liegt, verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstrecken durch Emitter-Kollektorstrecken von Schalttransistoren (27,30,31) gebildet sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Logikschaltung (23) zum Verknüpfen der Steuersignale u\, u? zwecks Bildung eines zur Steuerung der dritten Schaltstrekke bestimmten dritten Steuersignals (u₃) vorgesehen